
石墨烯和氧化石墨烯分散液是完全不同的材料體系 不是同一物質,它們是兩種結構和性質有顯著差異的材料:
| 特性 | 石墨烯分散液 | 氧化石墨烯分散液 |
| 化學結構 | 單層或多層 sp2 雜化碳原子構成的二維蜂窩狀晶格,幾乎不含氧官能團 | 石墨烯衍生物,表面和邊緣引入大量含氧官能團(羥基 - OH、環氧基 C-O-C、羧基 - COOH 等) |
| 分散性 | 疏水性強,水中分散性差(最大溶解度約 0.175mg/mL),易團聚 | 親水性強,水中分散性優異(最大溶解度約 0.712mg/mL),可穩定分散成單層 |
| 導電性 | 優異的導電性(接近金屬) | 導電性大幅降低,幾乎不導電 |
| 制備方式 | 通常由氧化石墨烯分散液還原制得 | 由天然石墨通過氧化(如 Hummers 法)、超聲剝離制備 |
| 穩定性 | 化學穩定性高,耐酸堿 | 化學活性高,易發生功能化修飾 |
那艾儀器噴霧干燥機制備案例
1. 氧化石墨烯分散液噴霧干燥案例
一:高濃度氧化石墨烯漿料制備 工藝:將 2.0-3.0% 質量分數的氧化石墨烯水分散液經 "高剪切乳化 - 高壓均質 - 砂磨" 三級分散,調節 pH 后送入噴霧干燥機 參數:進風溫度 120-180℃,霧化壓力 0.59MPa,進料速率 9.0mL/min,霧化器轉速達 230m/s 結果:獲得花狀氧化石墨烯粉體 (fGO),可在水中高濃度 (>3wt%) 再分散,單層分數高達 90.8%
案例二:鋰離子電池用氧化石墨烯復合電極材料 工藝:將氧化石墨烯與金屬鹽溶液混合,噴霧干燥后熱處理 參數:采用離心霧化,進口溫度 150-180℃,出口溫度 80-90℃ 結果:獲得氧化石墨烯 / 金屬氧化物復合粉體,用于鋰電池電極材料,提高導電性和循環穩定性
2. 石墨烯分散液噴霧干燥案例
一:高分散石墨烯導電粉制備 工藝:先制備氧化石墨烯分散液,噴霧干燥后再還原處理 流程:氧化石墨烯→噴霧干燥 (得褶皺氧化石墨烯)→還原 (水合肼 / 氨水)→洗滌→干燥→高分散石墨烯導電粉 參數:氧化石墨烯濃度 0.18-0.22%,噴霧溫度 120-150℃,霧化轉速 200m/s 結果:獲得粒徑 5-10μm 的石墨烯粉體,在電極漿料中分散效率提升 40%
二:石墨烯基復合材料制備 工藝:將石墨烯與聚合物溶液混合,通過噴霧干燥制備復合粉體 參數:使用 NMP 等惰性溶劑,進口溫度控制在 150℃以下(避免氧化),霧化壓力 0.3-0.6MPa 結果:獲得石墨烯 / 聚合物復合粉體,用于高性能導電復合材料
兩者噴霧干燥過程的關鍵區別
| 差異方面 | 氧化石墨烯分散液 | 石墨烯分散液 |
| 分散液預處理 | 通常需高剪切分散和均質處理,降低粘度 (500-2000mPa?s) | 需添加表面活性劑或分散劑(因疏水性強),或使用非水溶劑 |
| 噴霧參數 | 可使用較高溫度 (150-180℃),霧化壓力 0.5-0.7MPa | 溫度宜控制在 150℃以下(防氧化),常需更高霧化轉速 (≥230m/s) |
| 產物形態 | 形成表面褶皺、壓縮的顆粒 | 形成多面褶皺、凹坑狀顆粒(類似 "核桃殼" 結構) |
| 再分散性 | 噴霧干燥產物易再分散于水,保持良好分散性 | 再分散性較差,通常需額外處理(如表面修飾)才能穩定分散 |
| 工藝路線 | 可直接噴霧干燥獲得氧化石墨烯粉體 | 通常需 "氧化 - 噴霧干燥 - 還原" 三步法,或直接使用氧化石墨烯還原產物 常見問題 高粘度漿料易堵塞噴嘴;干燥過程中可能部分熱還原 分散不均勻導致團聚;需特殊設備防止氧化 |
石墨烯和氧化石墨烯分散液是兩種截然不同的材料體系,主要差異源于表面含氧官能團的有無,導致分散性、導電性和化學活性等關鍵性質差異顯著。 在噴霧干燥應用中: 氧化石墨烯分散液因其良好的親水性和分散性,適合直接噴霧干燥制備高質量粉體,產物保持優異再分散性,廣泛用于復合材料、傳感器和電池材料 石墨烯分散液因疏水性強,噴霧干燥常需特殊處理(如使用惰性溶劑、更高霧化轉速),或采用 "氧化 - 噴霧干燥 - 還原" 間接路線,產物具有獨特的三維褶皺結構,適用于高導電性復合材料 兩者噴霧干燥產物形態差異(氧化石墨烯呈 "皺紋紙" 狀,石墨烯呈 "核桃殼" 狀)直接反映了表面化學性質對干燥過程中片層相互作用的決定性影響 。